Communication et Localisation dans les réseaux de capteurs sans-fil

Communication and Localization in Wireless Sensor Networks

• Auteur / Autrice : Julien Champ
• Direction : Alain Jean-Marie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 13/12/2010
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Jean-Marie, Isabelle Guérin Lassous, Hervé Rivano, William Puech, Anne-Elisabeth Baert, Vincent Boudet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marcelo Dias de Amorim, David Simplot-Ryl

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de communication sans fil

Réseaux ad hoc (informatique)

Réseaux de capteurs (technologie)

Mots clés libres

Sans fil

Réseau

Localisation

Communication

Capteur

Wsn

Wireless

Network

Localization

Communication

Sensor

Wsn

Résumé

Les progrès réalisés ces dernières années dans les domaines des télécommunications et de la miniaturisation rendent aujourd'hui possible le déploiement à un faible coût d'objets communicants autonomes, dans le but de collecter des données environnementale, ou de réagir lors de l'apparition d'événements spécifiques. L'apparition de ces nouveaux réseaux ad hoc rend alors nécessaire la proposition de protocoles adaptés aux contraintes des objets considérés, et des applications désirées. Durant cette thèse, l'objectif consistait à contribuer au domaine des réseaux de capteurs en proposant des solutions pour quelques unes des problématiques les plus importantes. Dans une première partie, dédiée aux problèmes de communication, nous étudions et proposons dans un premier temps un nouveau mécanisme de routage géographique économe en énergie qui s'affranchit de l'échange périodique de messages HELLO, nécessaires à la découverte du voisinage de chaque capteur. Nous décrivons ensuite une solution prenant en compte les éventuelles erreurs de localisation des capteurs. Nous nous sommes également intéressés à la proposition d'une stratégie de diffusion de messages depuis le point de collecte, qui cherche à la fois à minimiser les dépenses d'énergie dans le réseau, tout en les répartissant entre les différentes entités, dans le but d'accroître la durée de vie globale du réseau. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons considéré le problème de la localisation dans les réseaux sans fil multisaut. Après une étude des différentes solutions existantes dans la littérature, nous proposons une nouvelle famille de méthodes de localisation, particulièrement adaptées aux réseaux de capteurs sans fil. Nous décrivons sa capacité à passer à l'échelle, et grâce à de nombreuses simulations nous montrons la précision des résultats obtenus par notre méthode en matière de localisation , et ce, même dans des topologies complexes ou en présence de fortes erreurs de mesure.

Recent advancements in the fields of telecommunications and miniaturization make it possible to deploy for a reasonnable cost, autonomous communicating objects in order to collect environmental data, or to respond when a given event appears in the deployment area. Due to the emergence of these new kind of ad hoc networks, it is needed to design various new protocols, adapted to the constraints of considered objects and to the specific needs of targeted applications.During this thesis, the objective was to contribute to the field of wireless sensor networks by proposing solutions for some of the most important issues. In the first part of this document, dedicated to communication problems, we study and propose a new energy efficient geographical routing mechanism which overcomes the periodic exchange of HELLO messages, often required to determine sensors neighborhood. We also extend this method when considering the presence of location errors of sensors. Next, we have studied a strategy to enhance the lifetime of the network when periodic queries must be sent from the base station to the whole network, by adapting an efficient localized broadcast algorithm, in order to balance energy consumption between nodes. Additionally we have shown that it is not necessary to recompute the broadcast trees for each query to obtain a good lifetime.In the second part of this document, we considered the localization problem in wireless multihop networks. After a study of some of the most interesting solutions in the litterature, we propose a new family of localization methods which are well suited for wireless sensor networks, using 2-hop information and force-based algorithms. Through extensive simulations we show the scalabity of our method, and its ability to obtain accurate results, even when considering complex topologies or the presence of large measurement errors.